JPH06267113A

JPH06267113A - 再生専用の光ディスク

Info

Publication number: JPH06267113A
Application number: JP5049273A
Authority: JP
Inventors: Kajiro Ushio; 嘉次郎潮; Masahiro Furuta; 正寛古田; Takehiko Ueda; 武彦上田; Tatsuo Niwa; 達雄丹羽
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-03-10
Filing date: 1993-03-10
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】読み出し光ＢのスポットＳ径よりも小さい情
報単位を再生することは従来、不可能であった。本発明
は、これを可能にし、そのため記録密度が増大した再生
専用の光ディスクを提供する。【構成】基板上のトラックに沿って点在させた光反射
層４を情報単位とし、この情報単位の有無または長さに
よって情報を表す光ディスクにおいて、前記光反射層４
の読み出し光照射側に、温度変化に対して可逆的な読み
出し光透過率変化を示す熱光学層３を設けたことを特徴
とする再生専用の光ディスク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度な情報収容が可
能である新規な再生専用の光ディスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ、通信、映像機器をはじめ
とする情報機器の高機能化やパーソナル化が進むにつれ
て、その処理すべき情報が増大しており、そのため記録
装置や媒体の高性能化が近年の大きな開発ターゲットと
なっている。特に、記録の高密度化及び大容量化は、来
るべき画像情報のデジタル化時代を鑑みても、非常に大
きな要請であるといえる。そして、光記録読み出し方式
によって、記録媒体（光ディスク）から記録情報を再生
する（読み出す）方法は、今後も高密度及び大容量の記
録媒体に関して、有力な再生方法である。

【０００３】光記録読み出し方式による光ディスクは、
現在すでに音楽用ＣＤやＣＤ−ＲＯＭ、ＬＤあるいは光
磁気ディスク等として市販されている。これらの光ディ
スクから情報を再生するには、先ず光源からの読み出し
光を回転している光ディスク上に集光する。集光された
光は、光ディスクで反射される。反射された光は光ディ
スク上の記録情報に従い変調される。変調された光を光
電変換することで再生信号が再生される。光源には、読
み出し装置の小型化のため、半導体レーザーを用いるこ
とが多い。

【０００４】記録情報は、小さな情報単位の有無又は長
さで表される。情報単位はＣＤ等では、光ディスク上に
設けたくぼみ又は突起（ピットと呼ばれる）である。平
坦なトラック上にピットが点在し、このトラック上を読
み出し光がなぞることで、反射光が変調される。トラッ
クは、うず巻き状に設ける場合と同心円状に設ける場合
がある。

【０００５】また、光磁気ディスクでは、トラック部分
とは磁化の向きが反対の領域（マークと呼ばれる）が情
報単位となる。この情報単位に直線偏光（読み出し光）
を照射すると反射光の偏光面がトラック部分とは反対向
きに回転する。そこで、偏光子を通して反射光を光電変
換すると、再生信号が得られる。この様に、光記録読み
出し方式によって情報を再生する光ディスクは、ディス
ク上の読み出し光を小さく集光することにより、情報単
位をその大きさにまで小さくすることができるので、比
較的大きな記録密度（現在光磁気ディスクにおいて約１
０⁸ マーク／cm²）を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ディスクにお
いては、読み出し光の集光の度合い（スポット径）が情
報単位の大きさ、つまりは記録密度を決定している。ス
ポット径の最小値は、光源の波長及び集光光学系の開口
数によって制限されるので、回折限界以下に小さくする
ことはできない。換言すれば、スポット径より小さい情
報単位を再生することは、従来不可能であった。

【０００７】現在の光源や集光光学系における記録密度
は、ほぼその限界にきている。今以上に記録密度を増大
する方法として、光学系を改善して大きな開口数を得る
か、または短波長の光源を得る方法が考えれるが、どち
らも装置の巨大化及び高価格化を伴うので問題がある。
本発明の目的は、スポット径よりも小さい情報単位を再
生することができ、そのため記録密度が増大した再生専
用の光ディスクを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「基板上のトラックに沿って点在させた光反射層４を
情報単位とし、この情報単位の有無または長さによって
情報を表す光ディスクにおいて、前記光反射層４の読み
出し光照射側に、温度変化に対して可逆的な読み出し光
透過率変化を示す熱光学層３を設けたことを特徴とする
再生専用の光ディスク（請求項１）」を提供する。

【０００９】また、本発明は第二に「前記光反射層４と
前記熱光学層３との間の全面または該光反射層４の対向
部分に、熱反射層11または断熱層11' を設けたことを特
徴とする請求項１記載の再生専用の光ディスク（請求項
２）」を提供する。また、本発明は第三に「前記熱光学
層３の読み出し光照射側に、熱反射層11または断熱層1
1' を設けたことを特徴とする請求項１記載の再生専用
の光ディスク（請求項３）」を提供する。

【００１０】また、本発明は第四に「前記光反射層４が
熱反射層または断熱層としての機能を有することを特徴
とする請求項１記載の再生専用の光ディスク（請求項
４）」を提供する。また、本発明は第五に「前記光反射
層４及び熱光学層３の両方に隣接する熱拡散層14を設け
たことを特徴とする請求項１乃至４記載の再生専用の光
ディスク（請求項５）」を提供する。

【００１１】

【作用】本発明では、基板上にトラックに沿って点在さ
せた微小な光反射層が情報単位となる。情報単位の有無
または長さが情報を表す。この情報単位は、従来のピッ
トやマークと同じ機能を有する。ディスクは、渦巻き状
あるいは同心円状の明示的または黙示的トラックＴを有
し、情報単位はこのトラックＴ上に点在する。

【００１２】回折限界まで集光された読み出し光のスポ
ット内の一部に情報単位が局在する場合に、従来の光記
録読み出し方式では、その識別ができない。例えば、ト
ラック部分を「０」とし、情報単位を「１」とすると、
スポット内の「１００」と「００１」と「０１０」と
は、同じ強さの再生信号を出力する。本発明では、情報
単位「１」にあたる部分に光反射層４を設けて読み出し
専用とし、光反射層４の読み出し光照射側に、温度変化
に対して読み出し光透過率が可逆的に変化する熱光学層
３を設けることにより、回折限界スポット内の情報単位
に重みをつけて、スポット内に局在する情報単位を識別
できるようにした。以下、その原理について説明する。

【００１３】図１に、本発明にかかる再生専用の光ディ
スクにおける記録読み出しの基本原理を示す。まず、読
み出し光が照射された時に、スポットＳが光ディスク上
に停止している場合を考える。集光レンズ１により集光
された読み出し光ＢのスポットＳ内において、光反射層
４ａ，４ｂを対向して設けた熱光学層部分５，７では光
反射層４ａ，４ｂにより、読み出し光Ｂが反射され、反
射光による熱が蓄熱される。一方、光反射層４を対向し
て設けていない熱光学層部分６では、読み出し光が透過
するだけなので、ほとんど蓄熱されない。従って、熱光
学層部分５，７は、熱光学層部分６よりも高温となる。

【００１４】しかし、実際には、スポットＳが光ディス
ク上を移動する（光ディスクの回転等による）ので、熱
光学層３の高温分布は、図１の９に示すように、スポッ
トＳの位置から少し基板の移動方向10（スポットＳの移
動方向と逆）にずれた形となる。従って、スポットＳ内
の熱光学層部分５だけが高温となり、スポットＳ内の他
の熱光学層部分６，７と温度差が生じる。

【００１５】また、熱光学層３は、温度変化に対して読
み出し光透過率が可逆的に変化するので、温度差は読み
出し光透過率の差として反映される。即ち、スポットＳ
内の高温となった熱光学層部分５における読み出し光透
過率は、スポットＳ内の他の熱光学層部分６，７におけ
る読み出し光透過率よりも大きくなる。従って、熱光学
層部分５に対向する光反射層部分４ａからの反射光（信
号）強度は、熱光学層部分６，７に対向する部分４ｂ，
８からの反射光（信号）強度よりも大きくなる。これに
より、読み出し光ＢのスポットＳ径よりも小さい情報単
位を読み出すことが可能となり、記録情報の高密度化が
実現される。

【００１６】熱光学層３の厚さが薄すぎると、反射光に
よる熱が放熱されやすい。その結果光反射層４を設けた
部分（情報単位「１」）と設けない部分（トラック部分
「０」）とに於ける、読み出し光透過率の差が大きくな
らないので、情報単位の識別が困難となる。また、熱光
学層３の厚さが厚すぎると、熱光学層３への蓄熱に、多
大の時間や読み出し光パワーを要する。また、層形成に
時間を要して生産性が悪くなる。従って、適度な厚さに
する必要がある。例えば、１０〜１００ｎｍの厚さが好
ましいが、この厚さに限定されるものではない。

【００１７】熱光学層３の材料としては、例えばＳＢＮ
（Ｓｒ_XＢａ_1-XＮｂ₂Ｏ₆）、ＭｏＳ₂、ＢａＴｉＯ
₃、ＰｂＴｉＯ₃等が好ましい。これらの熱光学層の温
度変化に伴う光学的性質（透過率など）の変化は、光吸
収にかかわる励起子（エキシトンなど）の準位変動によ
るものと考えられている。光反射層４の厚さは、薄すぎ
ると反射が不十分となり、厚すぎると層形成に時間を要
して生産性が悪くなるので、適度な厚さにする必要があ
る。例えば、１０〜５００ｎｍの厚さが好ましいが、こ
の厚さに限定されるものではない。

【００１８】光反射層４の材料には、例えば、Ａｌ，Ａ
ｇ，Ａｕ等の金属、特に熱反射層または断熱層としての
機能も有する材料であるＩｎ−Ｓｂ合金やＣｕＯ等が好
ましい。熱反射層または断熱層としての機能の効果につ
いては、後述する。ところで、スポットＳ内の光反射層
部分４ａからの反射光（信号）強度とスポットＳ内の他
の部分４ｂ，８からの反射光（信号）強度の差が大きい
程、Ｃ／Ｎ比が向上する。従って、熱光学層３への蓄熱
を効率的に行うことが、特に光反射層４が対向する部分
の熱光学層３への蓄熱を効率的に行うことが好ましい。
熱光学層３における透過率差が大きくなって、反射光
（信号）強度の差が増大するからである。

【００１９】このため、光反射層４と熱光学層３との間
に、熱反射層11または断熱層11' を設けることが好まし
い（図３参照）。特に、熱反射層11または断熱層11' を
光反射層４と熱光学層３との間の光反射層４に対向する
部分だけに設けることが好ましい（図４参照）。あるい
は、熱反射層11または断熱層11' を熱光学層３の読み出
し光照射側に設けることが好ましい（図５参照）。

【００２０】また、Ｃ／Ｎ比を向上させるために、光
反射層４が対向していない熱光学層部分の冷却を促進さ
せてもよい。このため、光反射層４及び熱光学層３の両
方に隣接して熱拡散層14を設けることが好ましい（図６
参照）。これにより、光反射層４が対向していない熱光
学層部分（トラック部分「０」）だけが熱拡散層14に接
して冷却され、光反射層４が対向する熱光学層部分（情
報単位「１」）との温度差が増大する。

【００２１】但し、熱反射層11、断熱層11' 及び熱拡散
層14による読み出し光の反射光が雑音となってＣ／Ｎ比
を低下させるのを防ぐために、以下で述べるように、各
層の適切な膜厚や材料を選択することが好ましい。熱反
射層11または断熱層11' の厚さは、薄すぎると熱反射ま
たは断熱効果が不十分となり、厚すぎると層形成に時間
を要して生産性が悪くなり、また読み出し光反射による
雑音が大きくなるので、適度な厚さにする必要がある。
例えば、１０〜５００ｎｍの厚さが好ましいが、この厚
さに限定されるものではない。

【００２２】熱反射層11の材料には、例えばＺｎＯ、Ｉ
ｎＳｂ合金、赤外線反射膜材料であるＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ
₃に５％程度のＳｎＯ₂を混合したもの）等が好まし
い。断熱層11' の材料には、例えばＳｉＯ₂、ＺｎＳ−
ＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＺｎＳ等が好ましい。熱拡散層
14の厚さは、薄すぎると放熱効果が不十分となり、厚す
ぎると層形成に時間を要して生産性が悪くなり、また読
み出し光反射による雑音が大きくなるので、適度な厚さ
にする必要がある。例えば、１０〜５００ｎｍの厚さが
好ましいが、この厚さに限定されるものではない。

【００２３】十分な放熱効果を得るために、熱拡散層14
の熱伝導率は、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好
ましい。また、熱拡散層14の比熱は、0.2 Ｊ／（ｇ・
Ｋ）以上であることが好ましい。これらを満たす材料と
して、例えばＡｌ、Ａｕ、Ａｇ特に、熱伝導率が良く
て、しかも読み出し光反射率の小さいＧｅ、Ｓｂ、Ｉｎ
及びそれらの化合物やダイヤモンドライクカーボン等が
好ましいが、これらに限定されるものではない。

【００２４】本発明にかかる光ディスクの基板２には、
例えばガラス材料またはポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、ポリメチルペンテン、ポリオレフィ
ン、エポキシ樹脂等のプラスチック材料が好ましい。基
板２上に熱光学層３や光反射層４などの層が形成された
ディスク（以後、単板ディスクと称す）をそのまま光デ
ィスクとして使用すると、長期間使用中に各層の劣化や
基板２（プラスチック製基板の場合）の変形が発生する
ので、これを防止するために、単板ディスクを保護基板
13または他の単板ディスクと接着剤12によって、接合す
るのが一般的である。

【００２５】単板ディスクに保護基板13を接合した構造
の光ディスクを片面ディスクと呼び、また単板ディスク
２枚を相互に接合した構造の光ディスクを両面ディスク
と呼ぶ。保護基板13には、基板２と同様の材料が好まし
い。また、接着剤12は、片面ディスクでは光硬化型接着
剤が、両面ディスクではホットメルト接着剤や熱硬化性
接着剤が好ましい。

【００２６】以上述べてきたように、本発明の再生専用
の光ディスクは、回折限界スポットＳサイズ以下の情報
単位を識別できるので、光源波長や開口数を変更しなく
ても高密度な光記録読み出しが可能である。以下、実施
例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに
限られるものではない。

【００２７】

【実施例１】図２は、実施例１にかかる光ディスクの概
略垂直断面図（上）及び概略部分平面図（下）であり、
この図により説明を行う。直径５インチ、厚さ１ｍｍの
ガラス基板２上に、ＲＦマグネトロンスパッタによりＺ
ｎＳとＳｉＯ₂との混合膜（重量比４：１）からなる
断熱層11' を約１５０ｎｍ形成した。この場合、スパッ
タ装置のチャンバー内を一旦、１×１０^-6ｔｏｒｒ以下
に排気した後、Ａｒガスを導入してチャンバー内のガス
圧を５×１０^-3ｔｏｒｒにし、またターゲットはＺｎＳ
とＳｉＯ₂との混合物を使用してスパッタを行った。

【００２８】続いて、同様にＲＦマグネトロンスパッタ
により、この断熱層11’上にＭｏＳ₂からなる熱光学層
３を約３００ｎｍ形成した。このＭｏＳ₂は加熱によ
り、波長約６８０ｎｍの光に対して屈折率が変化し（ｄ
ｎ／ｄＴ＝約−１０^-3°Ｃ^-1）、その結果、その透過率
が変化する材料である。次に、熱光学層３上に、ＩＴＯ
層を同様にＲＦマグネトロンスパッタにより２００ｎｍ
形成した。

【００２９】そして、ＩＴＯ層上にＡｌを５００ｎｍ形
成した。この上にフォトレジストを塗布してプリベーキ
ングした後、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４９ｎｍ）
を光源とする露光装置と信号原版とを使用して、記録す
べき情報の１，０（マーク長0.25μｍ、マーク間隔0.3
μｍ）に対応するように露光した。マークが１を示しマ
ーク間隔が０を示す。信号原版は電子線描画装置を使用
して作製した。

【００３０】その後、Ａｒガスドライエッチングによ
り、ＩＴＯ層とＡｌ層を同時にパターニングして、熱反
射層（ＩＴＯ層）11及び光反射層（Ａｌ層）４を形成し
た。更に、熱光学層３及び光反射層４の両方に隣接し
て、Ｉｎからなる熱拡散層14を５０ｎｍ形成して単板デ
ィスクを作製した。この単板ディスクにポリカーボネー
ト製基板13a を紫外線硬化型アクリル系接着剤12a を使
用して接合し、実施例１の再生専用光ディスクを完成し
た。

【００３１】この再生専用の光ディスクの再生装置は、
回転系、再生用レーザー光源、再生系及びそれらの光学
系からなる。光源は、λ＝680nm 、開口率（ＮＡ）＝0.
5 からなる半導体レーザー（パワー５ｍＷ）及びレンズ
等の光学系からなる。再生系は、フォトダイオード等の
ディテクター及びディテクターに光を送るための光学系
よりなる。

【００３２】前記光ディスクは、回転系によって回転さ
れ、光源から読み出し光が照射される。光ディスクは、
線速度一定で記録されているので、回転系は、中心部か
ら離れた部分を読み取る時に回転数が低くなるように構
成されている。読み出し光は光学系を通すことにより光
ディスク上で焦点が合わされ、回折限界からスポットＳ
径が決まり、約１μｍであった。

【００３３】読み出し光を照射した時に、集光された読
み出し光ＢのスポットＳ内において光反射層４ａ，４ｂ
を対向して設けた熱光学層部分５，７では、光反射層４
ａ，４ｂにより読み出し光が反射され、反射光による熱
が熱光学層３に蓄熱された。この蓄熱は熱光学層３の両
側に設けられた断熱層11' と熱反射層11により、効果的
に行われた。また、光反射層を設けていない熱光学層部
分６は、熱拡散層14により冷却され、熱光学層部分５，
７との温度差の増大に有効であった。

【００３４】また、スポットＳは光ディスク上を相対移
動する（光ディスクの回転等による）ので、前記蓄熱に
よる熱光学層３の高温分布は、スポットＳの位置から少
し基板の移動方向10（スポットの移動方向と逆）にずれ
た形となった。このため、スポットＳ内の熱光学層部分
５だけが高温となり、スポットＳ内の他の熱光学層部分
６，７と温度差が生じた。

【００３５】熱光学層３は、温度変化に対して可逆的に
読み出し光透過率が変化するので、温度分布が読み出し
光透過率の分布として反映された。即ち、スポットＳ内
の高温となった熱光学層部分５における読み出し光透過
率は、スポットＳ内の他の熱光学層部分６，７における
読み出し光透過率よりも大きくなった。従って、熱光学
層部分５に対向する光反射層部分４ａからの反射光（信
号）強度は、熱光学層部分６，７に対向する部分４ｂ，
８からの反射光（信号）強度よりも大きくなった。これ
により、読み出し光のスポットＳ径よりも小さい情報単
位（マーク長0.25μｍ、マーク間隔0.3 μｍ）を読み出
すことができた。

【００３６】読み出し時のトラッキングは再生信号の低
周波成分をフィードバックして行う包絡線検波により実
現した。読み出し時のＣ／Ｎ比は、３０ｄＢ以上であっ
た。

【００３７】

【実施例２】実施例１におけるＩＴＯ層のかわりにＺｎ
ＳとＳｉＯ₂との混合膜（重量比４：１）からなる断熱
層11' を２００ｎｍ形成した他は、実施例１と全く同様
に、光ディスクを作製した。この光ディスクを実施例１
と同じ方法で再生した。その結果、マーク長0.25μｍ、
マーク間隔0.3 μｍで表された情報が３０ｄＢ以上のＣ
／Ｎ比で読み出すことができた。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、光源波長や開口数を変
更しなくても、スポット径よりも小さい情報単位を識別
できる。その結果、光ディスクに高密度に情報を収容す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の光ディスクにかかる読み出しの原
理を示す説明図（上図：概略垂直断面図、下図：概略部
分平面図）である。

【図２】は、実施例１にかかる光ディスクの概略垂直断
面図（上）及び概略部分平面図（下）である。

【図３】は、本発明光ディスクの他の例を示す概略垂直
断面図である。

【図４】は、本発明光ディスクの他の例を示す概略垂直
断面図である。

【図５】は、本発明光ディスクの他の例を示す概略垂直
断面図である。

【図６】は、本発明光ディスクの他の例を示す概略垂直
断面図である。

【符号の説明】

１・・・集光レンズ２・・・光ディスク基板３・・・熱光学層４・・・光反射層５・・・熱光学層の高温部分（読み出し光スポットＳ
内）６・・・光反射層が対向しない熱光学層部分７・・・熱光学層の非高温部分（読み出し光スポットＳ
内）８・・・光反射層を設けていない部分９・・・熱光学層の高温分布 10・・・基板の移動方向 11・・・熱反射層 11' ・・断熱層 12・・・接着剤 12a ・・紫外線硬化型アクリル系接着剤 13・・・封止基板 13a ・・ポリカーボネート製封止基板 14・・・熱拡散層Ｂ・・・集光レンズ１で集光された読み出し光Ｓ・・・読み出し光スポットＴ・・・トラック以上

フロントページの続き (72)発明者丹羽達雄東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上のトラックに沿って点在させた光
反射層４を情報単位とし、この情報単位の有無または長
さによって情報を表す光ディスクにおいて、前記光反射
層４の読み出し光照射側に、温度変化に対して可逆的な
読み出し光透過率変化を示す熱光学層３を設けたことを
特徴とする再生専用の光ディスク。
【請求項２】前記光反射層４と前記熱光学層３との間
の全面または該光反射層４の対向部分に、熱反射層11ま
たは断熱層11' を設けたことを特徴とする請求項１記載
の再生専用の光ディスク。
【請求項３】前記熱光学層３の読み出し光照射側に、
熱反射層11または断熱層11' を設けたことを特徴とする
請求項１記載の再生専用の光ディスク。
【請求項４】前記光反射層４が熱反射層または断熱層
としての機能を有することを特徴とする請求項１記載の
再生専用の光ディスク。
【請求項５】前記光反射層４及び熱光学層３の両方に
隣接する熱拡散層14を設けたことを特徴とする請求項１
乃至４記載の再生専用の光ディスク。